Forscher lenken Objekte mit Wasserwellen
In Science-Fiction-Filmen ziehen Raumschiffe andere Flugobjekte mit einem unsichtbarem Energiestrahl an sich heran. Was großes, aber reales Kino ist, zeigen australische Wissenschaftler: Sie haben eine andere Art „Traktorstrahl“ entdeckt. Mit der neuen Technik können sie Objekte mit Wellen auf dem Wasser steuern.
Normalerweise ist der so genannte Traktorstrahl eine fiktive Technik. Dabei werden Objekte aus der Ferne mit einem Licht- oder Laserstrahl herangezogen und gelenkt. In der Praxis ist es bisher nur gelungen, millimetergroße Objekte mit Traktorstrahlen aus Licht oder Ultraschallwellen zu bewegen. Jetzt haben Wissenschaftler von der Australian National University in Canberra aber einen größeren Schritt gemacht: Bei ihrer neuen Technik werden mit Hilfe von speziell gestalteten Wellenmustern Gegenstände auf dem Wasser herangezogen. Eine Art Traktorstrahl auf dem Wasser entsteht also. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Nature Physics“ veröffentlicht.
Tischtennisbälle treiben gegen die Laufrichtung der Welle
Für ihre Experimente haben die Australier ein Aquarium benutzt, das acht Zentimeter tief und einen halben Meter breit war. Sie tauchten immer wieder einen Kolben ins Wasser ein und holten ihn hoch. Dadurch erzeugten sie Wellen. Je nachdem welche Formen die Kolben hatten – ob zylinder- oder kegelförmig – entstanden unterschiedliche Strömungen auf der Wasseroberfläche.
Besonders interessant wurde es bei den höheren Wellen, bei denen sich flüchtige kleine Wasserberge bilden, die ans bewegte Meer erinnern. Erst bei diesem Strömungsmuster entstand der gewünschte „Traktorstrahl“ aus Wasser: Denn die Versuchsobjekte, Tischtennisbälle und Spielzeugboote, trieben gegen die Laufrichtung der Welle in einem Korridor in Richtung Kolben. „Wir waren sehr überrascht, dass es noch niemand zuvor beschrieben hatte“, sagte Horst Punzmann, der für den Versuch verantwortliche Wissenschaftler. Denn jeder könne es in der Badewanne nachvollziehen.
Mit neuer Technik könnte Treibgut aus dem Meer gefischt werden
Doch dieses Strömungsmuster ist nur eines von vielen, erklärte Michael Shats im Deutschlandfunk. Er ist einer der am Projekt beteiligten Wissenschaftler. „Im Grunde genommen haben wir gerade erst einmal an der Oberfläche gekratzt, denn es gibt so viele Möglichkeiten“, so Shats weiter. „Prinzipiell können wir beliebig komplexe Wasserströme erzeugen. Wir können Teilchen wegstoßen oder wir können sie treiben lassen. Wir können sie zur Wellenquelle hinbewegen oder wir können Strudel erzeugen und sie darin festhalten.“ Ob Saug-, Treib- oder Wirbelströme erzeugt werden, hängt neben der Form der Kolben von der Geschwindigkeit ab, mit der sie im Wasser ein- und aufgetaucht werden. Vorstellbar ist, dass eine weiterentwickelte Technik dazu eingesetzt wird, Treibgut aus Flüssen oder Ölfilme aus dem Meer zu fischen.
Traktorstrahlen lassen sich theoretisch bisher nicht erklären
Bei allem Erfolg der Australier – auch sie können keine theoretische Erklärung dafür liefern, wie ein Traktorstrahl funktioniert. Michael Shats sagte dazu im Deutschlandfunk: „Es gibt bislang keine mathematische Lösung, die diese Art der Bewegung beschreiben kann. Das ist ein sehr kompliziertes Problem: Für einfache, geradlinige Wellen mit geringen Amplituden geht es, aber für dreidimensionale, nicht-geradlinige Wellen sind bislang keine Lösungen bekannt.“ Auch Traktorstrahlen mit Lasern und Ultraschallwellen sind für Mathematiker noch ein Rätsel.
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